專利名稱：熒光燈及圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請是涉及利用了熒光燈或熒光發(fā)光的顯示裝置的發(fā)明。
背景技術(shù)：
直管型熒光燈作為一般照明得到廣泛地普及，其發(fā)光效率非常高，高達(dá)100-1201m/W。但是，根據(jù)最近以歐洲為首的環(huán)境規(guī)定、例如RoHS規(guī)定，謀求不使用Hg的新型照明的活動正在積極地進(jìn)行著。具有代表性的候選有LED、0LED照明，但是熒光燈中不使用水銀的Xe燈也被重新認(rèn)識?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I:日本特開2005-353419號公報專利文獻(xiàn)2:日本特開2002-150944號公報專利文獻(xiàn)3:日本特開2006-004954號公報專利文獻(xiàn)4:日本特開2001-006565號公報專利文獻(xiàn)5:日本特開2009-009822號公報非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I: T. Ichikawa, et. al.，IDW’ 08，MEMS5-2, pl363 (2008)

發(fā)明內(nèi)容
不使用水銀的Xe燈的問題在于放電電壓很高所以功耗大。在專利文獻(xiàn)2至4中，公開了為了降低放電電壓，在管內(nèi)設(shè)置電子源并向空間放出電子，由此降低放電開始電壓的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)2中使用熱電子放出元件，另外在專利文獻(xiàn)3、4中使用被稱為BSD (Ballistic electron Surface-emitting Diode,彈道電子面發(fā)射二極管)的 MIS (金屬/絕緣體/半導(dǎo)體)層疊型的電子放出元件被使用。另一方面研究了消除放電本身的例子在專利文獻(xiàn)I以及非專利文獻(xiàn)I中被公開。通常在氣體放電中，使Xe原子成為激發(fā)狀態(tài)，通過利用熒光體將所放出的紫外線變換為可見光線來進(jìn)行照明。但是，根據(jù)詳細(xì)的分析大約4成的電力在這個過程以外被消耗，變成熱量而失去了。本來要使Xe原子成為激發(fā)狀態(tài)，只要IOeV左右的能量就足夠了。但是，在氣體激發(fā)中使用放電的情況下，投入到Xe原子的電離能量、電子及Xe離子的運動能量的電力被消耗，過剩的能量最終變成熱損耗。因此，如果能夠不進(jìn)行放電而直接通過電子激發(fā)Xe原子，則可以預(yù)見效率大幅的提高。專利文獻(xiàn)I中公開了作為電子源的MIM(金屬/絕緣膜/金屬)電子源的技術(shù)，在非專利文獻(xiàn)I中公開了有關(guān)前述的BSD電子源的技術(shù)。后者記載了無放電方式的發(fā)光現(xiàn)象，雖存在關(guān)于動作條件的記述，但是關(guān)于亮度、效率則未被提及。另外，關(guān)于專利文獻(xiàn)1，僅記述了結(jié)構(gòu)的概要，而沒有涉及材料、裝置結(jié)構(gòu)、制造過程、動作條件、性能(亮度、效率)的具體的記載。即、在上述2個專利文獻(xiàn)中，沒有公開直接激發(fā)方式的無放電熒光體發(fā)現(xiàn)實用的性能、即亮度、效率的裝置和方法。
本發(fā)明人進(jìn)行了使用MIM電子源作為電子源的直接氣體激發(fā)方式的無放電氣體燈的實驗，發(fā)現(xiàn)了后述的電流亮度效率與電場成比例這一新的實驗事實。在本發(fā)明中，示出了該原理，并且公開了根據(jù)本原理發(fā)揮與以往的直管型熒光燈等同的或者其以上的性能所必需的具體的構(gòu)成要件。上述課題通過以下的方式來解決。S卩，通過熒光燈和使用了該熒光燈的圖像顯示裝置來解決，該熒光燈具有相對的前面基板及背面基板；容器，由包圍上述前面基板和上述背面基板的壁所構(gòu)成；電子源，配置于上述背面基板的上述前面基板側(cè)，并放出熱電子；熒光體，配置于上述前面基板的上述背面基板側(cè)，吸收紫外線進(jìn)行可見發(fā)光；稀有氣體或分子性氣體，裝入上述容器內(nèi)；以及電極，設(shè)置于上述前面基板和上述背面基板，通過對上述電極之間施加正極電壓，回收向上述稀有氣體或上述分子性氣體中放出的熱電子，將上述可見發(fā)光的亮度L除以正極電流密度得到的電流亮度效率與將上述正極電壓除以上述前面基板和上述背面基板之間的基板間隔得到的正極電場的值成比例。 此外，也可通過本發(fā)明的其他的發(fā)明來解決。即，也可通過熒光燈或者使用了該熒光燈的圖像顯示裝置來解決，該熒光燈具有相對的前面基板及背面基板；容器，由包圍上述前面基板和上述背面基板的壁所構(gòu)成；電子源，配置于上述背面基板的上述前面基板側(cè)，并放出熱電子；熒光體，配置于上述前面基板的上述背面基板側(cè)，吸收紫外線并進(jìn)行可見發(fā)光；稀有氣體或分子性氣體，裝入上述容器內(nèi)；以及電極，設(shè)置于上述前面基板和上述背面基板，通過向上述電極之間施加正極電壓，回收向上述稀有氣體或上述分子性氣體中放出的熱電子，上述氣體的壓力為IOkPa以上，且上述正極電壓為240V以下，且上述基板間隔為O. 4mm以下。利用電流亮度效率與正極電壓成比例這一情況，能夠?qū)崿F(xiàn)具有超過直管型熒光燈的亮度、效率性能的無放電熒光燈。


圖I是示出了無放電氣體燈的結(jié)構(gòu)的一個例子的圖。圖2是示出了無放電氣體燈的亮度與正極電場依存關(guān)系的圖。圖3示出了無放電氣體燈的的電流亮度效率與正極電場依存關(guān)系的圖。圖4 (A)是示出了實施例I中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖4 (A)中的A — A’剖面圖。圖5 (A)是示出了實施例I中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖5 (A)中的A — A’剖面圖。圖6 (A)是示出了實施例I中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖6 (A)中的A — A’剖面圖。圖7 (A)是示出了實施例I中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖7 (A)中的A — A’剖面圖。圖8 (A)是示出了實施例I中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖8 (A)中的A — A’剖面圖。圖9 (A)是示出了實施例I中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖9 (A)中的A — A’剖面圖。圖10 (A)是示出了實施例I中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖10 (A)中的A — A’剖面圖。圖11 (A)是示出了實施例2中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖11 (A)中的A —A’剖面圖。圖12 (A)是示出了實施例2中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖12 (A)中的A — A’剖面圖。圖13 (A)是示出了實施例3中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖13 (A)中的A — A’剖面圖。圖14 (A)是示出了實施例3中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖14 (A)中的A — A’剖面圖。 圖15 (A)是示出了實施例3中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖15 (A)中的A — A’剖面圖。圖16 (A)是示出了實施例3中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖16 (A)中的A — A’剖面圖。圖17 (A)是示出了實施例4中的無放電氣體燈的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖17 (A)中的A — A’剖面圖。圖18 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖18 (A)中的A —A’剖面圖。(C)是圖18 (A)中的B —B’剖面圖。圖19 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖19 (A)中的A —A’剖面圖。(C)是圖19 (A)中的B —B’剖面圖。圖20 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖20 (A)中的A — A’剖面圖。(C)圖20 (A)中的B — B’剖面圖。圖21 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖21 (A)中的A — A’剖面圖。(C)是圖21 (A)中的B — B’剖面圖。圖22 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖22 (A)中的A — A’剖面圖。(C)是圖22 (A)中的B — B’剖面圖。圖23 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖23 (A)中的A — A’剖面圖。(C)是圖23 (A)中的B — B’剖面圖。圖24 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖24 (A)中的A —A’剖面圖。(C)是圖24 (A)中的B —B’剖面圖。圖25 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖25 (A)中的A —A’剖面圖。(C)是圖25 (A)中的B —B’剖面圖。圖26 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖26 (A)中的A —A’剖面圖。(C)是圖26 (A)中的B —B’剖面圖。圖27 (A)是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的制造方法的一個例子的圖。(B)是圖27 (A)中的A —A’剖面圖。圖28是表示了實施例5中的無放電氣體顯示裝置與驅(qū)動電路的接線的一個例子的圖。
圖29是示出了實施例5中的無放電氣體顯示裝置的驅(qū)動波形的一個例子的圖。圖30是示出了無放電氣體燈的亮度的性能的圖表。符號說明10…負(fù)極基板11…堿擴散防止膜12…下部電極13…場絕緣膜14…隧道絕緣層
15…上部電極16…下部電極17，42…上部電極總線配線20…正極基板21…正極電極22…突光體膜23…通孔30…熔接密封31 …肋40…絕緣膜
41···連接電極43…表面保護(hù)層50…真空容器51…石英玻璃窗60…光刻膠圖案70 …FPC80…正極電壓發(fā)生回路90…掃描線驅(qū)動電路100…信號線驅(qū)動電路120…顯示裝置面板
具體實施例方式首先，公開本發(fā)明人關(guān)于使用了 MIM電子源的直接氣體激發(fā)方式的無放電氣體燈發(fā)現(xiàn)的與電流亮度效率相關(guān)的新的意見。圖I是實驗系統(tǒng)的示意圖。使配置有熒光體的正極基板、與在真空容器的內(nèi)部具有MIM電子源的負(fù)極基板以一定間隔相對設(shè)置。關(guān)于此處使用的負(fù)極基板以及正極基板的制造方法，在實施例I中詳細(xì)記述。對內(nèi)部進(jìn)行真空排氣后，導(dǎo)入Xe氣體并保持在規(guī)定的壓力。作為這里使用的氣體種類，利用激發(fā)產(chǎn)生真空紫外(VUV) 紫外(UV)光的稀有氣體是適合的。此外，其他地由于不必?fù)?dān)心伴隨著放電的分解，所以也可以使用分子性氣體，例如N2等。接著從真空容器的外部，由DC電源向MM電子源的上部電極15和正極電極21之間提供間隙電壓Va。這是為了從MIM電子源向正極電極引入向Xe氣體中放出的電子并回收。此外,從DC脈沖電源還向MM電子源的下部電極和上部電極之間施加規(guī)定的電壓VcU脈沖寬度、周期的驅(qū)動脈沖。圖30的“實施例I”的列中記述了實驗條件和發(fā)光性能。此處使用的各種物的數(shù)量的定義如下所述。無放電氣體燈的光束Φ通過下式表不。光束φ = Ji X亮度LX面積S= n XP(式 I)η為亮度效率，P為功耗。此處定義內(nèi)部亮度效率nint=3i · L/(Va X Ja)(式 2)作為內(nèi)部亮度效率nint。Va為施加于正極基板和負(fù)極基板之間的空間的電壓，Ja是流過那里的電流密度。式(2)中將L / Ja定義為電流亮度效率。從該圖30可知，判明了正極電場為2 X IO5 [V/m]、壓力為60kPa中的電流亮度效率達(dá)到 5. 6X103[cd/A]o此時的內(nèi)部亮度效率為29. 3[lm/W]。在內(nèi)部亮度效率中，僅考慮在氣體中消耗的電力。加入了電子源消耗的電力的電力被定義為外部亮度效率。外部亮度效率n ext= 31 · L/ (VaX Ja+VdX Jd)(式 3)
Vd表示施加于MM 二極管的電壓，Jd表示在MM 二極管流動的電流。在上述BSD、MM中，在Ja和Jd之間比例關(guān)系成立，將其比例系數(shù)稱為電子利用效率α οJa= α · Jd (式 4)在這個實驗中電子利用效率為1%，二極管電壓為11V，所以如果從式(4)求出Jd，然后代入式(3)，則求得外部亮度效率為10.3[lm/W]。該值與白熾電燈大致相同，但還沒有達(dá)到獲得實用的亮度。雖然電流亮度效率高，但內(nèi)部亮度效率低，這是起因于正極電壓高達(dá)600V的緣故。因此，為了降低電壓，將正極基板和負(fù)極基板之間的基板間隔d與正極電壓Vd縮小到1/10，以使得正極電場成為固定。正極電流Ia( = Ja/S，S:發(fā)光區(qū)域的面積)遵從如下所示的空間電荷限制電流。空間電荷限制電流Ia= (9/8) X ε X μ XVd2/d3 (式 5)ε :介電常數(shù)，μ :電子移動度由于前述的比例縮小，正極電流Ia由于d_3項的效應(yīng)而增加到10倍。由此，亮度L及內(nèi)部亮度效率提高10倍(圖30中，參照“A”列)。進(jìn)一步通過實施例I如圖3所示，可以得到電流亮度效率與正極電場成比例這一見解。利用該效果，進(jìn)一步將間隔d縮小到1/3。由此，電流亮度效率提高到I. 7X IO4[cd/A]，通過式(5)正極電流Ia也同時增加到27倍，所以亮度L提高到9. lX103cd/m2(圖30中，參照“B”列)。至此的研究已討論了綠單色的亮度、效率，將其變換為白色亮度、效率。在使用實施例I中公開的熒光體中的等離子顯示用的RGB熒光體的情況下，可知兩者的換算比為1/1.7。進(jìn)行了該變換的數(shù)值與圖30中的“C ”列相對應(yīng)。以上公開了由面板側(cè)的設(shè)計提高亮度、亮度效率的方案。但是要提高外部亮度效率，就需要改善電子源的性能(正極電流密度Ja、電子利用效率α )。專利文獻(xiàn)5中公開了關(guān)于MIM電子源的性能提高的技術(shù)。具體地記載了(I)使隧道絕緣膜中的Nd雜質(zhì)在規(guī)定以下；(2)關(guān)于隧道絕緣膜的膜厚從4V變?yōu)?V來氧化。除此之外在本發(fā)明中，通過新實施以下內(nèi)容，從而實現(xiàn)正極電流密度Ja為2000 [A/m2]、電流利用效率為10%。即(3)將隧道絕緣膜的氧化電壓提高到8V以上； (4)通過以Cs氧化物覆蓋上部電極的表面來降低功函數(shù)；(5)通過在真空中加熱面板,發(fā)生Au/Pt/Ir貴金屬薄膜的自薄膜化，如果考慮以上2點的改進(jìn)方案，則可知可以實現(xiàn)如圖30的D列中所記述，正極電流密度Ja為5. 4[A/m2]、亮度L為5. 3XlO4[cd/m2]、外部亮度效率為183[lm/ff]這樣的超過直感型熒光燈的高亮度/高效率光源。如果整理以上的討論，則內(nèi)部亮度效率與間隙間隔(基板間隔)d成反比例。即使不是前述的超高效率，而是例如聚光燈型(downlight) LED照明波的亮度效率為501m/W也可以用來作為照明。也就是說，即使將間隙間隔擴大至4倍左右也不會損害實用性。只是這種情況下需要保持電流亮度效率固定，即電場固定，所以必須將正極電壓提高到4倍。因此，為了得到聚光燈型LED照明同等以上的亮度效率，可以是間隙間隔為O. 4mm以下、正極電壓為240V以下。如果以圖30的D列的條件、即正極電壓60V、間隙O. Imm為基準(zhǔn)，維持相同的電場強度的情況下，如果考慮間隙間隔與正極電壓的最小值，則間隙間隔變?yōu)?.01mm，正極電壓變?yōu)?V。關(guān)于間隙間隔，可以設(shè)定為熒光體的粒子直徑的大小以上。此外，將玻璃粘在一起來做成容器，但如果間隙間隔太窄，則不能夠順利地進(jìn)行與氣體的置換。從這個觀點出發(fā)，可以說O. OI mm以上的間隙間隔也是可以的。以下，參照實施例的附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施方式。實施例I此處，公開成為本發(fā)明的證據(jù)的、無放電氣體燈的性能驗證實驗結(jié)果。首先從電子源的制造方法開始說明。如圖4所示，準(zhǔn)備作為絕緣材料的廉價的堿石灰玻璃作為負(fù)極基板10。在玻璃表面設(shè)置堿擴散防止膜11以防止堿成分從鈉鈣玻璃基板擴散出來。作為擴散防止膜，可以是以氧化硅、氮化硅等為主要成分的絕緣膜。此處使用通過旋涂方式可以涂I吳的、無機聚娃氣燒I吳。在將它通過旋涂機涂敷后，在大氣中以250 C加熱并向二氧化硅膜添加。而且，通過在氮中以550°C煅燒來進(jìn)行熱收縮。在制造燈時所進(jìn)行的玻璃料密封的溫度為400°C，而預(yù)先以比該400°C更高的溫度進(jìn)行煅燒，以防止二氧化硅膜進(jìn)一步收縮。由此消除了伴隨著熱收縮的對MM電子源的應(yīng)力，具有防止作為構(gòu)成材料的Al合金的空洞、丘的發(fā)生的效果。接著通過濺射法對成為MIM電子源的下部電極的Al合金成膜。作為Al合金通過上述的玻璃料密封的熱處理，優(yōu)選添加強化了耐熱性的成分、周期表中的3A族、4A族、或者5A族的金屬的一種或多種的Al合金從而抑制空洞、丘的發(fā)生。此處，使用了添加量不同的2種Al-Nd合金。首先，使用Nd含有量為2原子百分比的合金靶，形成厚度為300nm的膜之后，接著下一次利用O. 6原子百分比的合金靶，層疊厚度為200nm的膜。對于這樣的層疊Al合金膜的表面通過陽極氧化法形成酸氧化膜而作為隧道絕緣膜。作為合金的添加材料的Nd以一定的濃度混入到隧道絕緣膜中?；烊氲腘d在氧化鋁中的能隙內(nèi)中形成電子陷阱，由此發(fā)生二極管電流的減少、電子利用效率的降低。在使用具有MM電子源的FED(FieldEmission Display，場發(fā)射顯示器)面板的預(yù)先的討論中，陽極氧化電壓為4V的情況下，如果使Nd含量從2原子百分比變化為O. 6原子百分比，則所得到的MM電子源的電子利用效率從3. 3%倍增到5.5%。由此為了得到超過5%的電子利用效率，可知可以將Nd含量設(shè)為I原子量百分比以下。成膜后由光刻步驟、蝕刻步驟形成如圖5所示的梳齒狀的一對下部電極16和上部電極總線配線17。對于蝕刻液，例如由磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液進(jìn)行的濕蝕刻是優(yōu)選的。在圖6中，向下部電極16的一部分付與抗蝕劑圖案，局部地對表面進(jìn)行陽極氧化。 陽極氧化的條件為，使Pt板為相對電極，化成液的成分為酒石酸銨水溶液和乙二醇的混合液，在室溫下，氧化電流為100uA/cm2，氧化電壓為100V。由此，形成大約140nm的場絕緣膜13。另一方面，在此之間，上部電極總線配線17以抗蝕劑覆蓋，并且通過設(shè)為浮動狀態(tài)從而防止場絕緣膜13的生長。接著，如圖7所示，剝離用于局部氧化的抗蝕劑圖案，對下部電極16的表面再次進(jìn)行陽極氧化，形成變?yōu)殡娮蛹铀賹拥乃淼澜^緣層14。陽極氧化的條件為，相對電極為Pt板，化成液的成分為酒石酸銨水溶液和乙二醇的混合液，在室溫處理中氧化電流設(shè)定為IOuA/cm2，氧化電壓設(shè)定到4V到20V之間。此時，在氧化膜已經(jīng)成長的區(qū)域中，不進(jìn)行氧化，在之前的步驟中，僅在被抗蝕劑覆蓋的區(qū)域上氧化膜成長大約10nm。通過以上，在隧道絕緣膜14的周圍形成場絕緣膜13。如圖8所示，在成為發(fā)光區(qū)域的部分形成上部電極15。對于成膜，優(yōu)選是使用了成行的DC型磁控管濺射裝置的掩膜成膜。以Ir、Pt、Au的順序不破壞真空連續(xù)進(jìn)行濺射，得到由Au/Pt/Ir層疊膜組成的上部電極15。由此，完成了在下部電極16側(cè)形成MM電子源，在上部電極總線配線17側(cè)形成與上部電極連接的低電阻配線的負(fù)極基板。接著公開正極基板的制造方法。圖9中正極基板20為了將可見發(fā)光取出到外部而需要是透明的絕緣材料，一般地優(yōu)選玻璃。作為正極基板20的透明導(dǎo)電性氧化膜，在形成氧化錫或者ITO膜并進(jìn)行發(fā)光的區(qū)域加工電極。要進(jìn)行圖案化，進(jìn)行掩膜蒸鍍、掩膜濺射或者、光刻和蝕刻即可。在圖10中，在正極電極21的發(fā)光區(qū)域形成熒光體膜。對于熒光體，使用吸收真空紫外 紫外光并發(fā)出可見光的材料。此處，使用了在等離子顯示用中經(jīng)常被使用的、吸收來自Xe氣體的147nm和173nm的VUV (真空紫外光)并發(fā)出綠色光的Zn2SiO2: Mn。作為同樣的紅色熒光體適用(Y，Gd)BO3:Eu，此外對于藍(lán)色用適用BaMgAl14O23:Eu。作為熒光體，并不限于上述記載的例子，可以使用在熒光燈中被使用的白色用的鹵磷酸鈣、紅色用的銪激活的氧化釔、綠色用的硅酸鋅、鈰 鋱激活的鋁酸鎂、藍(lán)色用的鎢酸鈣、銪激活的鍶氯磷灰石等、或者這些的混合物。為了制作熒光體膜22，準(zhǔn)備以粘結(jié)劑和有機溶劑混合熒光體而得到的糊，通過絲網(wǎng)印刷將其在所希望的區(qū)域進(jìn)行涂膜。通過將其在大氣中煅燒，將粘結(jié)劑燃燒來得到熒光體膜。為了完全吸收VUV，可以設(shè)為IOum以上的膜厚，但如果過厚則可見光透過率降低，所以膜厚優(yōu)選設(shè)定為2um以上IOum以下，此處設(shè)定為8. 5um，可見光透過率變?yōu)?5%左右。如在圖I中所示，使這樣制作出的負(fù)極基板10和正極基板20，設(shè)定一定的間隔d，此處為3mm地相對，并設(shè)置于真空容器50之中。將電氣配線連接到正極電極21、上部電極總線配線17和下部電極16，并向容器外部取出。容器一旦排氣成真空之后，將Xe氣體以所希望的壓力10到IOOkPa導(dǎo)入。對于真空容器50，通過電氣配線，將驅(qū)動信號提供給正極電極21、上部電極總線配線17和下部電極12。上部電極總線配線17接地，對正極電極21施加正極電壓Va，此外，對下部電極12施加二極管電壓VcL作為正極電壓Va以一定的重復(fù)頻率提供從O到800V的DC電位，作為二極管電壓Vd以一定的重復(fù)頻率提供雙極性的脈沖電位。流過正極電極21和上部電極的電流Ia和Id通過電流計測量。另外，隔著設(shè)置在真空容器50的石英玻璃窗51通過分光亮度計測量所得到的可見發(fā)光亮度L。 圖2是隧道絕緣膜14在IOV的陽極氧化膜的情況中的、亮度L與正極電場Ea的關(guān)系。如果以正極電壓Va除以間隔d，可以得到正極電場Ea。Xe壓力為10kPa、30kPa、60kPa。亮度L伴隨著正極電場Ea非線性地增大。另一方面，內(nèi)部亮度效率Π int，除了壓力IOkPa和低電場區(qū)域以外大致固定。可知在壓力IOkPa下如果電場變成5X IO4[V/m]以上則發(fā)生放電，正極電流Ia和亮度L劇增，但是相反地內(nèi)部亮度效率η int急劇地減小(< O. Ollm/V)。一般地，如果是高壓力，放電現(xiàn)象變得難以發(fā)生。因此，為了避免放電并進(jìn)行本發(fā)明的發(fā)光現(xiàn)象，可以設(shè)定至少Xe壓力在IOkPa以上，優(yōu)選30kPa以上，更優(yōu)選60kPa以上。關(guān)于壓力的上限值，根據(jù)到目前為止的研究可知一直到大氣壓附近為止MIM電子源都能夠放出電子。在大氣壓以上，真空容器以及用低熔點玻璃密封的玻璃容器在結(jié)構(gòu)上將發(fā)生破壞，所以無法進(jìn)行實驗。因此，作為使用玻璃容器的燈，認(rèn)為壓力上限值為大氣壓(105kPa)。圖3是示出了電流亮度效率L/Ja與正極電場Ea的關(guān)系的圖。可知兩者之間成線性關(guān)系。如果變?yōu)楦叩恼龢O電場，則電流亮度效率增加，但是與之同時如果不是高壓力則如上述那樣將發(fā)生放電。由此也可知優(yōu)選使用30kPa以上的壓力。根據(jù)本實施例，在正極電場2 X IO5 [V/m]下電流亮度效率達(dá)到5000cd/A，并且得到與電場成比例這一新的見解。也對于具有陽極氧化電壓為4、6、8、15、20V的隧道絕緣膜的負(fù)極基板進(jìn)行了與此相同的實驗。其結(jié)果，4V的情況下能夠確認(rèn)發(fā)光，但沒有達(dá)到能夠測量的亮度。在具有6V以上的氧化電壓的負(fù)極，能夠測量發(fā)光，特性上與IOV的情況大致相同。由此作為氧化電壓，優(yōu)選6V以上，IOV以上也可。這是由于伴隨著氧化電壓變高，電子能量將增加。實施例2此處，公開無放電熒光燈的制造方法。首先，為了將燈內(nèi)部進(jìn)行真空排氣并導(dǎo)入氣體，在實施例I的圖8中的負(fù)極基板10上預(yù)先設(shè)置通孔。此外，為了將電子利用效率改善到10%，進(jìn)行功函數(shù)降低處理。S卩，在上部電極15形成之前，將負(fù)極基板10浸入到包含堿金屬氧化物鹽的水溶液中并干燥，從而使堿金屬氧化物鹽吸附在表面。作為堿金屬鹽，通過后續(xù)的玻璃料密封的熱處理發(fā)生熱分解，優(yōu)選容易變成堿金屬氧化物的碳酸鹽、碳酸氫鹽。此外，作為具有降低功函數(shù)的效果的堿金屬，原子編號大的一方有利。根據(jù)以上的觀點可以是CsHCO3的水溶液。對于進(jìn)行功函數(shù)降低處理的負(fù)極基板10，與實施例I相同地形成上部電極15。接著如圖11所示，在實施例I中制造的正極基板20形成成為容器的壁的熔接密封30。熔接密封30的材質(zhì)是低熔點玻璃，其主要成分在鉛系中有PbO、在非鉛系中有B-Si、Bi-P等。為了在正極基板20上將熔接密封30形成圖案，可以是絲網(wǎng)印刷、點膠機。對于糊狀化的熔接密封材料，為了控制間隔d，可以混入直徑確定的珠子。如果對熔接密封30進(jìn)行印刷，那么在大氣中將正極基板20以熔點以上的溫度煅燒，去除包含在糊中的粘結(jié)劑、有機溶劑。該步驟兼做熒光體22的煅燒，從步驟簡化上來說是更優(yōu)選的。如在圖12中所示，將以上制作出的負(fù)極基板10和正極基板20位置對準(zhǔn)使之相對并密封，作為一體的玻璃容器。此時，設(shè)計圖案以使得各電極(16、17、21)的端子在玻璃的
邊緣露出。在密封步驟中，首先在大氣中將溫度升高到密封材料的熔點以上來進(jìn)行熔合，接 著在將溫度僅比熔點稍微降低的狀態(tài)下，從通孔23進(jìn)行真空排氣，進(jìn)行所謂的氣體排出。如果進(jìn)行規(guī)定的時間的氣體排出，則慢慢地將溫度降低到室溫為止，最后將Xe氣體以規(guī)定的壓力導(dǎo)入并將排氣管進(jìn)行玻璃密閉，燈完成。在該密封步驟中，在上部電極15中完成低功函數(shù)化處理。即，在熔點以上的大氣煅燒中CsHCO3發(fā)生熱分解變化為CsO，在接下來的真空中的熱處理中，上部電極15自身發(fā)生結(jié)構(gòu)變化并薄膜化，同時發(fā)生熱擴散的Cs覆蓋上部電極15的Au表面，降低大約O. 5eV功函數(shù)。通過真空中的加熱，除了吸附氣體等消失以外，MM電子源的電子利用效率足以超過 10% ο關(guān)于由此作成的無放電Xe燈，正極電壓為60V、作為MIM電子源的動作條件，以Vd=llV、脈沖寬度為30uSec、重復(fù)頻率600Hz來進(jìn)行點亮的情況下，作為白色亮度，輸入60W時得到大約lOOOOcd/m2、發(fā)光亮度為1501m/W的性能。此處，對MM電子源進(jìn)行脈沖驅(qū)動，但是能夠通過改變脈沖的高度、或者寬度，來進(jìn)行發(fā)光量的調(diào)整。實施例3如果將燈大型化，由于在密封步驟中的真空排氣、或者被裝入的Xe氣體壓力減小(< I大氣壓)，所以面板不耐大氣壓，間隔d變得不均勻，最壞的情況下，會發(fā)生屈曲而損壞。為了防止這種情況，可以在發(fā)光區(qū)域形成成為支持物的肋。如圖13所示，肋31形成在正極電極21上。肋31的材質(zhì)適用與前述的熔接密封30類似的低熔點玻璃，優(yōu)選比熔接密封30熔點高的材料。關(guān)于圖案的形成方法，可以預(yù)先提供感光性以光刻來形成，但是也可以在沒有感光性的情況下，通過絲網(wǎng)印刷等一次形成均勻的膜，通過光致抗蝕劑付與掩膜之后，通過吹沙磨蝕作用等削掉。圖14示出了在配置了肋31的正極基板20形成熒光體膜22的情況。熒光體被配置成通過絲網(wǎng)印刷等不附著在肋31的表面，但是在混色不會成為問題的情況下不受此限制。通過實施例2的方法，將由此制造的圖15的正極基板20與負(fù)極基板10組合，如圖16所示構(gòu)成燈。沿著上部電極總線配線17形成肋31，肋與肋之間(以下稱為肋溝)的部分成為獨立的發(fā)光區(qū)域。通過導(dǎo)入這樣的肋31，在回避由大氣壓產(chǎn)生的影響的同時能夠?qū)崿F(xiàn)燈的大型化。
實施例4前面的實施例3中將肋導(dǎo)入到面板。已經(jīng)記述了由此被肋與肋夾著的部分成為獨立的發(fā)光區(qū)域的方案。利用該方案，如圖17的剖面圖所示，能夠?qū)⒏髋c發(fā)光區(qū)域不同的種類的熒光體劃分并形成為與下部電極16和16’對應(yīng)的區(qū)域。熒光體的種類可以根據(jù)作為目的的功能進(jìn)行選擇。例如為了得到白色發(fā)光，可以在各肋溝形成紅、綠、藍(lán)色用的熒光體。如果進(jìn)一步擴展這種思路，如圖17的俯視圖所示，通過針對每個肋溝使下部電極16分離，將其向外部引出并獨立地驅(qū)動，也可以進(jìn)行區(qū)域點亮或者發(fā)光色控制。通過合并在實施例2中記述的調(diào)光功能，能夠獲得面向數(shù)字標(biāo)牌等的多彩的顯示性能。實施例5如果進(jìn)一步擴展實施例4的思路，還能夠構(gòu)成無放電氣體顯示裝置。對于此，可以構(gòu)成在X-Y平面排列了 MIM電子源的矩陣陣列。以下使用圖18到圖26，公開矩陣陣列版的 發(fā)光單元的制造方法。在各圖中(A)示出了平面圖，(B)示出了沿著(A)的A — A’線的剖面圖，(C)示出了沿著(A)的B— B’線的剖面圖。在圖18中，通過與實施例I相同的方法，在由玻璃等的絕緣物組成的負(fù)極基板10上形成下部電極12、12’(與信號線16’相同)，在圖19中形成場絕緣膜13以及隧道絕緣膜14。在圖20中，通過濺射法形成氮化硅SiN (例如，Si3N4)作為絕緣膜40。形成IOOnm的鉻(Cr)作為連接電極41，形成2μπι的Al合金作為上部電極總線配線42，在其上形成鉻(Cr)作為表面保護(hù)層43。在圖21中，在成為掃描線的部分殘留表面保護(hù)層43的Cr。對于Cr的蝕刻，適用硝酸鈰二銨與硝酸的混合水溶液。此時，表面保護(hù)層43的線寬必須設(shè)計成使得比在下一步驟中制作的上部電極給電線42的線寬窄。這是因為，由于上部電極總線配線42由2 μ m的Al合金組成，避免由于濕蝕刻發(fā)生相同程度的側(cè)蝕刻。如果不考慮這種情況，表面保護(hù)層43在遮檐上從上部電極總線配線42突出。表面保護(hù)層43的遮檐上突出的部分強度不足，制造步驟中容易發(fā)生崩落、剝離，從而以至掃描線間出現(xiàn)短路不良，并且施加正極電壓Va時由于發(fā)生電場集中，引起致命的放電。在圖22中，將上部電極總線配線42在與下部電極16正交的方向上加工成條紋狀。對于蝕刻液，適用例如，磷酸、醋酸、硝酸的混合水溶液(PAN)。在圖23中，進(jìn)行加工以使得將連接電極41在隧道絕緣膜14側(cè)向前突出，此外在相反側(cè)相對于上部電極總線配線42后退(以使得能夠底切)。為此，可以對于前者在連接電極41上、對于后者在表面保護(hù)層43上布置光刻膠圖案60并進(jìn)行濕蝕刻。對于蝕刻液，適用前述的硝酸鈰二銨與硝酸的混合水溶液。此時，絕緣膜40起到使隧道絕緣膜14免于蝕刻液腐蝕的蝕刻阻隔物的作用。在圖24中，為了打開電子放出部，形成光刻膠圖案60并通過光刻和干蝕刻將絕緣膜40的一部分開口。對于蝕刻氣體，適用CF4與O2的混合氣體。對于在圖25中露出的隧道絕緣膜14實施再次陽極氧化，通過蝕刻修復(fù)加工損傷。氧化條件設(shè)定為，化學(xué)合成液的組成為酒石酸銨水溶液與乙二醇的混合液，氧化電流為10uA/cm2、氧化電壓為IOV。修復(fù)氧化完成之后，接著實施前述的低功函數(shù)化處理。如圖26所示的那樣，形成上部電極15從而負(fù)極基板10 (電子源基板、陰極基板)完成。對于上部電極15的成膜，使用蔭罩板，通過濺射(飛濺)法進(jìn)行以防止在配置在基板周圍的電氣配線的端子部分等不成膜。上部電極15由于前述的底切結(jié)構(gòu)部分而發(fā)生覆蓋不良，在每個上部電極總線配線42自動地被分離。由此，能夠回避光刻與蝕刻帶來的對上部電極15或隧道絕緣膜14的污染、損傷。在圖27中，將制作的正極基板20和完成的負(fù)極基板10通過熔接密封進(jìn)行與實施例3同樣地密封、真空排氣和Xe氣體裝入，從而完成顯示面板。在與下部電極16平行地，即，向上部電極總線配線42徑直的方向形成肋，對于各肋溝，以紅色、綠色、藍(lán)色的順序形成熒光體。作為熒光體，除了在實施例I中公開的熒光體，還有CRT用等各種各樣的熒光體，可以配合用途、性能適當(dāng)選擇來使用。接下來，利用圖28說明上述顯示裝置的結(jié)構(gòu)例子，此外利用圖29說明顯示序列。首先，制作排列了多個上述的子像素的負(fù)極基板。為了說明，在圖28中示出了(3X4)個子 像素的平面圖，實際上形成與顯示點數(shù)對應(yīng)的數(shù)量的矩陣。在同一圖中，也示出了向顯示裝置面板120的驅(qū)動電路的連線圖，驅(qū)動本發(fā)明的顯示裝置的電路整體的概略圖。設(shè)置在負(fù)極基板10上的下部電極16通過FPC70向信號線驅(qū)動電路100連線作為信號線，上部電極總線配線42通過FPC70連線到掃描線驅(qū)動電路90作為掃描線。對于信號線驅(qū)動電路100，配設(shè)與各信號線16對應(yīng)的信號驅(qū)動電路D,對于掃描線驅(qū)動電路90,配設(shè)與各掃描線17對應(yīng)的掃描驅(qū)動電路S。對于正極電極21，從正極電壓發(fā)生電路80施加60V左右的DC電壓。另外，在本實施例中，如圖28所示，與掃描線以及信號線一起，假設(shè)從負(fù)極基板10的單側(cè)進(jìn)行驅(qū)動，但根據(jù)需要在兩側(cè)配備各自的驅(qū)動電路，絲毫也不會妨害本發(fā)明的實現(xiàn)性。圖29示出了各驅(qū)動電路中的產(chǎn)生電壓波形的一個例子。在時刻t0任意一個電極均為電壓零，所以不放出電子，熒光體不發(fā)光。在時刻tl，僅向上部電極總線配線42中的SI施加Vl的電壓，向下部電極16的D2、D3施加-V2的電壓。坐標(biāo)(1、2)、( 1、3)中下部電極16與上部電極總線配線42之間施加(VI + V2)的電壓，所以如果將(VI + V2)設(shè)定為電子放出開始電壓以上,則從這些MIM型電子源向氣體中放出電子。放出的電子最終通過電壓發(fā)生電路80被正極電極21回收。同樣地，在時刻t2中，如果向上部電極總線配線42的S2施加Vl的電壓，向下部電極16的D3施加-V2的電壓，則同樣地坐標(biāo)(2、3)點亮，放出電子，該電子源坐標(biāo)上的熒光體發(fā)光。由此，通過改變施加在上部電極總線配線42的掃描信號，能夠顯示所希望的圖像或者信息。此外，通過適當(dāng)?shù)馗淖兿蛳虏侩姌O16的施加電壓-V2的大小，能夠顯示具有灰度的圖像。以上的顯示方法一般被稱為線序顯示法。在時刻t5中，進(jìn)行用于釋放在隧道絕緣膜14中蓄積的電荷的反轉(zhuǎn)電壓的施加。即，向上部電極總線配線42的全部施加-V3，同時向下部電極16施加0V。關(guān)于顯示性能，需要修正在圖30中的“D”列的若干個值。首先關(guān)于亮度，為了限制各子像素的點亮?xí)r間比照明的情況短而降低。即以水平1920X垂直1080像素的全高清(full HD)作為顯示格式的情況下，在隔行顯示中I幀時間為1/60秒，由此I條掃描線的選擇時間為1/60X1/540，即，30. 8usec。作為脈沖寬度與圖30大致相同，但是如果考慮圖30中重復(fù)頻率為10倍的600Hz，則所得到的亮度應(yīng)當(dāng)降低到1/10。除此之外，在顯示裝置中為了防止外光的照入產(chǎn)生的對比度的降低，需要將熒光體的獨占面積限制為顯示區(qū)域的1/3左右。如果考慮以上2點，本發(fā)明的無放電氣體顯示裝置的性能預(yù)計為峰值亮度 1780 [cd/m2]、平均亮度(峰值亮度X 1/4) 445 [cd/m2]、白色亮度效率51 [lm/W]。這些值與現(xiàn)行的LCD、PDP相比數(shù)值高，顯示出本發(fā)明的無放電氣體顯示裝置具有非常高的性能。
權(quán)利要求
1.一種突光燈，其特征在于，具有 相對的前面基板及背面基板； 容器，由包圍上述前面基板和上述背面基板的壁所構(gòu)成； 電子源，配置于上述背面基板的上述前面基板側(cè)，并放出熱電子； 熒光體，配置于上述前面基板的上述背面基板側(cè)，吸收紫外線進(jìn)行可見發(fā)光； 稀有氣體或分子性氣體，裝入上述容器內(nèi)；以及 電極，設(shè)置于上述前面基板和上述背面基板， 通過對上述電極之間施加正極電壓，回收向上述稀有氣體或上述分子性氣體中放出的熱電子，將上述可見發(fā)光的亮度L除以正極電流密度得到的電流亮度效率與將上述正極電壓除以上述前面基板和上述背面基板之間的基板間隔得到的正極電場的值成比例。
2.如權(quán)利要求I所述的熒光燈，其特征在于，上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為IOkPa以上，且上述正極電壓為240V以下，且上述基板間隔為0. 4mm以下。
3.如權(quán)利要求2所述的熒光燈，其特征在于，上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為30kPa以上。
4.如權(quán)利要求2所述的熒光燈，其特征在于，上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為60kPa以上。
5.—種突光燈,其特征在于,具有 相對的前面基板及背面基板； 容器，由包圍上述前面基板和上述背面基板的壁所構(gòu)成； 電子源，配置于上述背面基板的上述前面基板側(cè)，并放出熱電子； 熒光體，配置于上述前面基板的上述背面基板側(cè)，吸收紫外線并進(jìn)行可見發(fā)光； 稀有氣體或分子性氣體，裝入上述容器內(nèi)；以及 電極，設(shè)置于上述前面基板和上述背面基板， 通過向上述電極之間施加正極電壓，回收向上述稀有氣體或上述分子性氣體中放出的熱電子，上述氣體的壓力為IOkPa以上，且上述正極電壓為240V以下，且上述基板間隔為·0.4mm以下。
6.如權(quán)利要求5所述的突光燈,其特征在于,上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為30kPa以上。
7.如權(quán)利要求5所述的熒光燈，其特征在于，上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為60kPa以上。
8.如權(quán)利要求1-7中的任一項所述的熒光燈，其特征在于，上述電子源是將下部電極、電子加速層和上部電極以下部電極、電子加速層、上部電極的順序?qū)盈B而得的MIM型電子源，上述MM型電子源中，上述下部電極為添加了周期表中的3A族、4A族、或5A族的金屬中的一種或多種的Al合金，上述電子加速層為由上述Al合金的陽極氧化膜組成的隧道絕緣膜，且上述上部電極是將Ir、Pt、Au以Ir、Pt、Au的順序?qū)盈B而得的薄膜。
9.如權(quán)利要求8所述的熒光燈，其特征在于，在上述Al合金的表面?zhèn)戎?，合金添加材料的含量為latm%以下，且上述隧道絕緣膜為利用6V以上的氧化電壓得到的陽極氧化膜，且其表面被堿金屬氧化物修飾，電子利用效率超過5%。
10.如權(quán)利要求1-9中的任一項所述的熒光燈，其特征在于，在上述前面基板的上述背面基板側(cè)設(shè)置肋。
11.一種圖像顯示裝置，其特征在于，具備顯示裝置面板、電壓發(fā)生電路、信號線驅(qū)動電路， 上述顯示裝置面板為熒光燈，上述熒光燈具有 相對的前面基板及背面基板； 容器，由包圍上述前面基板和上述背面基板的壁所構(gòu)成； 以I維或2維排列的多個電子源，配置于上述背面基板的上述前面基板側(cè)，并放出熱電子; 以I維或2維排列的多個熒光體，與上述多個電子源的各電子源相對應(yīng)地配置于上述前面基板的上述背面基板側(cè)，吸收紫外線并進(jìn)行可見發(fā)光； 稀有氣體或分子性氣體，裝入上述容器內(nèi)；以及 電極，設(shè)置于上述前面基板和上述背面基板， 上述熒光燈通過向上述電極之間施加正極電壓，回收向上述稀有氣體或上述分子性氣體中放出的熱電子，將上述可見發(fā)光的亮度L除以正極電流密度得到的電流亮度效率與將上述正極電壓除以上述前面基板和上述背面基板之間的基板間隔得到的正極電場的值成比例。
12.如權(quán)利要求11所述的圖像顯示裝置，其特征在于，上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為IOkPa以上，且上述正極電壓為240V以下，且上述基板間隔為0. 4mm以下。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示裝置，其特征在于，上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為30kPa以上。
14.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示裝置，其特征在于，上述稀有氣體或上述分子性氣體的壓力為60kPa以上。
15.一種圖像顯示裝置，其特征在于，具備顯示裝置面板、電壓發(fā)生電路、信號線驅(qū)動電路， 上述顯示裝置面板具有 相對的前面基板及背面基板； 容器，由包圍上述前面基板和上述背面基板的壁所構(gòu)成； 以I維或2維排列的多個電子源，配置于上述背面基板的前面基板側(cè)，并放出熱電子；以I維或2維排列的多個熒光體，與上述多個電子源的各電子源相對應(yīng)地配置于上述前面基板的上述背面基板側(cè)，吸收紫外線并進(jìn)行可見發(fā)光； 稀有氣體或分子性氣體，裝入上述容器內(nèi)；以及 電極，設(shè)置于上述前面基板和上述背面基板， 通過向上述電極之間施加正極電壓，回收向上述稀有氣體或上述分子性氣體中放出的熱電子，上述氣體的壓力為IOkPa以上，且上述正極電壓為240V以下，且上述基板間隔為0. 4mm以下。
16.如權(quán)利要求11-15中的任一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，上述多個電子源為將下部電極、電子加速層和上部電極以下部電極、電子加速層、上部電極的順序?qū)盈B而得的MM型電子源，上述MM型電子源中，上述下部電極為添加了周期表中的3A族、4A族、或5A族的金屬的一種或多種的Al合金，上述電子加速層為由上述Al合金的陽極氧化膜組成的隧道絕緣膜，且上述上部電極為將Ir、Pt、Au以Ir、Pt、Au的順序?qū)盈B而得的薄膜。
17.如權(quán)利要求16所述的圖像顯示裝置，其特征在于，在上述Al合金的表面?zhèn)戎?，合金添加材料的含量為latm%以下，且上述隧道絕緣膜為利用6V以上的氧化電壓得到的陽極氧化膜，且其表面被堿金屬氧化物所修飾，電子利用效率超過5%。
18.如權(quán)利要求11-17中的任一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于，具備表面保護(hù)層和上部電極饋電線，上述表面保護(hù)層的線寬比上述上部電極饋電線的線寬窄。
全文摘要
為了避免放電的同時得到有效的亮度、發(fā)光效率，需要充分提高氣體的電流亮度效率和電子源的電子利用效率。在熒光燈中，裝入的稀有氣體或者分子性氣體的壓力為10kPa以上，將正極電壓設(shè)為240V以下，并且將基板間隔設(shè)為0.4mm以下，從而提高正極電場。進(jìn)而，由此利用電流亮度效率與電場成比例增加的效果。并且，作為電子源應(yīng)用電子利用效率超過10%的MIM電子源，從而實現(xiàn)發(fā)光亮度為104[cd/m2]以上、發(fā)光效率為120lm/W以上的無放電熒光燈。
文檔編號H01J17/49GK102714131SQ20108004374
公開日2012年10月3日 申請日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月8日
發(fā)明者今村伸, 佐川雅一, 楠敏明 申請人:株式會社日立制作所